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前言

人工智能是21世纪世界三大尖端技术(基因工程、纳米科学和人工智能)之一,作为研究机器智能和智能机器的一门综合性高技术学科,人工智能涉及心理学、认知科学、思维科学、信息科学、系统科学和生物科学等多个学科。经过多年的研究和发展,人工智能已在知识处理、模式识别、自然语言处理、对弈、自动定理证明、自动程序设计、专家系统、知识库、智能机器人、智能计算、数据挖掘和知识发现等多个领域取得了举世瞩目的成果,并形成了多元化的发展方向。

使计算机程序具有智能,能够模拟人的思维和行为,一直是计算机科学工作者的理想和追求。经过长期的努力,人类已经发明了自动机械等高级机器,创建了能够为人类的进化和发展服务的智能机器和智能系统,扩展了人脑的功能,形形色色的人工智能正在多个领域发挥着越来越重要的作用。计算智能、无人机器、智能机器人、机器学习、机器翻译等各种人工智能的应用及商品已成为人类学习、工作和生活的组成部分。

虽然人工智能取得了许多成果,但由于人脑结构及功能的复杂性,目前人类对自身的思维规律和智能行为的研究仍然处于探索阶段。人工智能研究要远远比人类的预想艰难、复杂得多,摆在人工智能面前的任务是极其艰巨和复杂的,需要广大的计算机科学工作者不畏艰难,勇于探索,辛勤耕耘,共同开创人工智能发展的广阔未来。党的二十大报告指出,要推动战略性新兴产业融合集群发展,构建新一代信息技术、人工智能等一批新的增长引擎。因此,人工智能是许多高新技术企业和高等院校的重要研究方向。

国内外论述人工智能的图书为数不少,但由于这一领域涉及包括数学在内的众多深奥、复杂的理论和知识,许多图书只介绍人工智能的理论,并没有给出各种算法的具体程序代码与实现效果,因此大多数读者在学习人工智能的过程中会感到非常困难,不易掌握其内容。根据这些现实情况,笔者基于自身对人工智能内容的掌握撰写了本书,目的是通过对人工智能技术的系统介绍和实例分析,让读者不仅能掌握人工智能的理论,而且能掌握其实现方法。

本书系统地阐述人工智能的基本原理、实现技术及其应用。全书共7章(第1章 概述,第2章 机器学习,第3章 人工神经网络,第4章 深度学习,第5章 计算智能,第6章 数据挖掘,第7章 图像处理与识别),基本涵盖了人工智能的重要理论和方法。

本书注重理论结合实际,通过实际问题介绍各种理论和方法,并介绍实现各种算法的MATLAB源代码,具有较强的指导性和实用性。读者可通过了解各种算法的实现思路和方法,体会算法源代码的含义,掌握人工智能的原理、实现方法,并应用于自己从事的科学研究中。应注意的是,由于MATLAB的版本变化较快,一些函数的用法随版本的变化而发生变化,因此书中的MATLAB程序虽然都能在MATLAB 2016版本运行通过(深度学习部分的程序能在MATLAB 2019版本运行通过),但有可能在其他的版本上会发生错误。读者可以根据出错的提示及函数的相关帮助文档自行加以改进。

由于编者水平有限,书中有不妥之处在所难免。故编者殷切希望广大读者及专家学者批评指导,并拨冗反馈发现的疏漏和不足之处,以便编者学习与更正。

编者
2023年10月于西安 boB7CKgh7MrIp+CNX6ASbcYNLvL1NhNi6DvBlBNznWBtKRApwtpiIw1rX+ELU5qd



第1章
概述

人工智能自1956年诞生以来,经数十年的发展和研究获得了很大的成果,无论是在理论上还是在工程上都已自成体系,逐步成为一门独立的学科。人工智能被称为20世纪70年代以来世界三大尖端技术(空间技术、能源技术和人工智能)之一,也被认为是21世纪世界三大尖端技术(基因工程、纳米科学和人工智能)之一。 lxBWARGIDrtLCxHbBqCGIC92GdukQygVcEAtAWioudSbqZpgU6W2a2Pz9yPnnepC



1.1 人工智能的定义与发展

1.1.1 人工智能的定义

什么是人工智能?人的智能与人工智能有什么区别和联系?人工智能产生于人的智能,它的出现并不是偶然的。从思维基础上讲,它是人们长期以来探索研制能够进行计算、推理和其他思维活动的智能机器的必然结果;从理论基础上讲,它是信息论、控制论、系统工程论、计算机科学、心理学、数学和哲学等多个学科相互渗透的结果;从物质和技术基础上讲,它是计算机和电子技术广泛应用的结果。

像许多新兴学科一样,人工智能至今尚无统一的定义。人工智能的英文是Artificial Intelligence(AI),其含义是智能的人工制品,这个含义并不全面且没有涉及人工智能的实质。不同学科背景的学者对人工智能有不同的理解,所以提出了许多不同的观点。下面是几位知名的研究人工智能的科学家分别在不同年代对人工智能所下的定义。

1978年帕特里克·温斯顿(P. Winston):“人工智能是研究使计算机更灵活有用、使智能的实现成为可能的原理。因此,人工智能研究结果不仅是使计算机模拟智能,而且是了解如何帮助人们变得更有智能。”

1981年巴尔(A. Barr)和爱德华·费根鲍姆(E. Feigenbaum):“人工智能是计算机科学的一个分支,它关心的是设计智能计算机系统,该系统具有通常与人的行为相联系的智能特征,如了解语言、学习、推理、问题求解等。”

1983年伊莱恩·里奇(E. Rich):“人工智能是研究怎样让计算机模拟人脑从事推理、规划、设计、思考、学习等思维活动,解决至今认为需要由专家才能处理的复杂问题。”

1987年迈克尔·吉内塞雷斯(M. Genesereth)和约翰·尼尔森(J. Nilsson):“人工智能是研究智能行为的科学,它的最终目的是建立关于自然智能实体行为的理论和指导创建具有智能行为的人工制品。这样一来,人工智能有两个分支,一个为科学人工智能,另一个为工程人工智能。”

近年来,许多人工智能和智能系统研究者认为:人工智能(学科)是智能科学中涉及研究、设计及应用智能机器和智能系统的一个分支,而智能科学是一门与计算机科学并列的学科。 lxBWARGIDrtLCxHbBqCGIC92GdukQygVcEAtAWioudSbqZpgU6W2a2Pz9yPnnepC

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